· Требуемые спектральные характеристики и широкополосность;
· Низкий уровень шумов;
· Требуемое быстродействие;
· Длительный срок службы;
· Использование в интегральных схемах.
5. Чем ограничен диапазон оптических частот для фотодетектирования?
Ответ: На представленной спектральной характеристике фотодиода:
S, А/Вт
1
0,707
Завал характеристики на длинных волнах (низкие частоты) объясняется резким уменьшением фототока выше , завал на коротких волнах объясняется шунтирующим действием ёмкости запертого p-n перехода эквивалентной схемы фотодиода.
6. Почему у фотодетекторов есть длинноволновая граница чувствительности?
Ответ: Как видно из данной формулы:
величина фототока при заданных и определяется только мощностью излучения. При отсутствии излучения через запертый диод течёт обратный ток, называемый темновым. Этот ток вызывается электронами, перешедшими под влиянием температурных изменений из валентной зоны в зону проводимости.
Фототок может существовать лишь при выполнении условия:
Это означает, что фотодиод, выполненный из данного вещества может регистрировать излучение лишь до некоторой граничной длины волны
называемой длинноволновой границей чувствительности.
7. Чем отличается конструкция лавинного фотодиода от конструкции диода p-i-n?
Ответ: Фотодиоды p-i-n содержат легированные p и n области, между которыми находится достаточно широкая i-область (полупроводник с собственной проводимостью):
- +
Лавинные фотодиоды по своей структуре отличаются от p-i-n фотодиодов тем, что кроме легированной n и p областей содержит слаболегированные n и p области.
11. Почему фотодиоды шумят?
Ответ: Шумы фотодиода подразделяются на шумы фототока и шумы темнового тока.
· Шумы темнового тока обусловлены шумом движения свободных носителей, шумом тепловой генерации пар носителей зарядов, шумом рекомбинации пар, шумом движения пар, шумом исчезновения свободных носителей, температурными изменениями.
· Шум фототока обусловлен квантовыми процессами случайного возникновения пар носителей зарядов, шумом фоновой засветки, шумом отражения и поглощения в окне, шумом генерации и рекомбинации пар.
Задача №4:
Построить график зависимости чувствительности фотодетектора от длины волны оптического излучения. Используя график определить величину фототока на выходе p-i-n фотодиода. По графику определить длинноволновую границу чувствительности фотодетектора. Определить материал для изготовления прибора.
Дано:
Чувствительность, А/Вт
0,3
0,45
0,53
0,58
0,62
0,67
0,7
0,73
0,65
0,1
Длина волны, мкм
0,85
1,0
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
1,6
1,7
1,78
Мощность излучения Pu=5 мкВт; Длина волны ;
Решение:
Построим зависимость:
Определим величину фототока из соотношения:
;
где S=0.712А/Вт – чувствительность, определённая графически.
Определим графически длинноволновую границу чувствительности:
Определим материал для изготовления прибора исходя из соотношения:
Делаем заключение, что для изготовления данного прибора используется германий.
5. Фотоприёмные устройства оптических систем передачи.
Вопросы:
1. Чем отличается прямое фотодетектирование от фотодетектирования с преобразованием?
Ответ: При прямом фотодетектировании оптический сигнал направляется на фотодетектор и на выходе ФПУ фиксируется электрический сигнал:
ФПУ
Оптический
Сигнал Электрический
Сигнал
Электросигнал образуется в виде изменяющегося электрического тока, который усиливается каскадом усилителя с малым собственным шумом.
При детектировании с преобразованием оптический сигнал направляется на фотодетектор вместе с сигналом опорного оптического генератора (ООГ), который должен быть согласован с генератором – передатчиком. На выходе ФПУ фиксируется электрический сигнал или сигнал радиочастоты, содержащий информационный сигнал:
ООГ
2. Какие функциональные блоки входят в схему фотоприёмного устройства (ФПУ) с прямым детектированием?
Ответ:
Через согласующий элемент (СЭ) оптический сигнал подаётся на фотодетектор (ФД). ФД преобразует оптический сигнал в электрический. ФД представляет собой ЛФД или p-i-n фотодиод. Предварительный усилитель (ПУс) усиливает электрический сигнал. В состав Пус может входить противошумовой корректор К, который срезает шумы за пределами полосы частот. Главный усилитель Гус обеспечивает усиление, необходимое для работы последующих устройств. Фильтр-корректор ФК корректирует амплитудную частотную характеристику линейного тракта, компенсируя искажения. Схема автоматической регулировки усиления АРУ обеспечивает требуемый динамический диапазон входных сигналов.
3. Какие виды предварительных усилителей применяются в фотоприёмных устройствах?
Ответ: В сборках фотоприёмных устройств в качестве предварительного усилителя применяются 2 типа усилителей: интегрирующий и трансимпедансный.
Упрощённая схема интегрирующего усилителя:
Входная цепь интегрирующего усилителя выполняется с использованием затвора полевого транзистора. Достоинства схемы с интегрирующим усилителем:
· Благодаря коррекции может быть получена любая полоса пропускания;
· Малые шумы;
· Простота схемы реализации;
· Интегрируемость схемы фотодиода и усилителя.
Схема трансимпедансного усилителя отличается наличием отрицательной обратной связи:
Достоинства:
· Большой динамический диапазон входных сигналов;
· Простота регулировки полосы частот усиления без дополнительных корректоров;
· Простота настройки схемы.
6. Как соотносятся между собой электрическая и оптическая полосы пропускания ФПУ?
Страницы: 1, 2, 3, 4
